过滤膜及其制备方法和用途技术

技术编号:13242015 阅读:69 留言:0更新日期:2016-05-15 03:09
本发明专利技术涉及一种由金属有机骨架材料和聚合物形成的过滤膜。本发明专利技术还提供一种制备由金属有机骨架材料和聚合物形成的过滤膜的方法,该方法包括:将金属有机骨架材料与聚合物接触通过纺丝或浸涂形成过滤膜。本发明专利技术还涉及本发明专利技术过滤膜在滤除PM2.5、挥发性有机化合物中的用途。本发明专利技术的过滤膜具有比表面积高、表面官能团丰富、高孔隙率以及透光、透风等优点,并能对PM2.5及挥发性有机化合物实现高效滤除。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及应用化学领域,具体地,涉及一种由金属有机骨架材料与聚合物形成 的过滤膜,制备所述过滤膜的方法、所述过滤膜在滤除PM2.5和挥发性有机化合物中的用 途。
技术介绍
金属有机骨架是一类多孔材料,由金属团簇、金属氧化物或金属盐与有机配体作 用形成一维、二维或三维的网状孔道结构,具有孔隙率高、官能团丰富、孔道有序、结构多样 等众多优点,在气体储存与分离、催化、膜、传感、生物医学成像等领域发挥着重要作用。 近些年来,环境问题日趋严重,对社会发展、人民生活、生态安全带来极大危害,受 到政府的高度重视及广大人民群众的广泛关注,尤其是PM2.5和苯系物、甲醛等挥发性有机 化合物。PM2.5在环境中可以滞留很长时间,且极易于进入人体,对人们的身体健康、生命安 全带来非常大的威胁;挥发性有机污染物则是造成环境污染、损害人体健康的主要"元凶", 它参与大气光化学反应,并直接导致了大气中PM2.5的形成;挥发性有机化合物还对人们的 身体健康有非常不利的影响,可以致癌、毒害中枢神经系统、造成缺氧症、引起呼吸困难甚 至死亡等。因此迫切需要寻找一种新材料、方法将其快速高效滤除。 目前,并没有既能够用于去除PM2.5又能够用于去除挥发性有机化合物的方法,都 需要使用不同材料单独予以处理。例如,传统用于滤除PM2.5的材料,包括现在市场上销售 的能够滤除PM2.5的空气净化器中用到的HEPA过滤网,主要用的是熔喷纤维、玻璃纤维和纺 粘纤维。此外,还有通过静电除尘技术去除PM2.5。而对于挥发性有机化合物的滤除方面,目 前并没有能够广泛应用于生活中的技术方法和材料。在工业生产中对挥发性有机化合物的 滤除,目前常用的方法有吸附法、吸收法、燃烧法、冷凝法、生物处理法等。
技术实现思路
本专利技术提供了一种过滤膜,由金属有机骨架材料与聚合物形成,所述金属有机骨 架材料形成所述过滤膜中的金属有机骨架部分,所述聚合物形成所述过滤膜中的聚合纤维 部分,其中所述金属有机骨架材料由金属源与有机配体作用形成。 其中,所述金属源包括金属团簇、金属盐或金属氧化物中的至少一种。 优选的,所述金属源中的金属元素包括Mg、Ca、Zr、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Al、 Ge中的至少一种。 更优选的,所述金属元素包括Zn、Zr、Cu或Mg中的至少一种。 本专利技术所述的过滤膜中,所述有机配体为CN 105536574 A 兄明书 2/10 页中的一种,或者包含以下 配位官能团:-CO2H、-NO2、-OH、-NH2、-CN、-SO 3H、-SH、CH (RSH) 2、-C (RSH) 3、-CH (RNH2) 2、-C (RNH2)3、-CH(ROH)2、-C(ROH)3、-CH(RCN)2、-C(RCN)3、-CH(NH2)2、-C(NH2)3、-CH(CN) 2S-C (CN)3中的至少一种,其中,配位官能团中的R各自独立地代表包含1至5个苯环的亚烃基。 优选的,所述有机配体为或包含-C02H、-NH2或-OH中的至少一种配位官能 团的有机配体。 本专利技术所述的过滤膜中,所述聚合物包括聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙 烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚碳酸酯中的至少一 种。 优选的,所述聚合物为聚丙烯腈、聚苯乙烯或聚乙烯吡咯烷酮。 作为本专利技术的一种优选的实施方案,本专利技术的过滤膜中所述金属有机骨架材料的 金属源为氯化锆、有机配体为2_氨基对苯二甲酸,所述聚合物为聚丙烯腈。 作为本专利技术的一种优选的实施方案,本专利技术的过滤膜中所述金属有机骨架材料的 金属源为醋酸铜、有机配体为均苯三甲酸,所述聚合物为聚苯乙烯。 作为本专利技术的一种优选的实施方案,本专利技术的过滤膜中所述金属有机骨架材料的 金属源为硝酸锌、有机配体为2_甲基咪唑,所述聚合物为聚丙烯腈。 作为本专利技术的一种优选的实施方案,本专利技术的过滤膜中所述金属有机骨架材料的 金属源为硝酸镁、有机配体为2,5-二羟基对苯二甲酸,所述聚合物为聚乙烯吡咯烷酮。 本专利技术所述的过滤膜,其中相对于1克的所述金属有机骨架材料,所述聚合物的 用量为0.1-10克。 本专利技术还提供了 一种制备上述过滤膜的方法,该方法包括:将金属有机骨架材料 与聚合物接触,所述金属有机骨架材料形成所述过滤膜中的金属有机骨架部分,所述聚合 物形成所述过滤膜中的聚合纤维部分,其中所述金属有机骨架材料由金属源与有机配体作 用形成。 其中,所述金属源包括金属团簇、金属盐或金属氧化物中的至少一种。 优选的,所述金属源中的金属元素包括Mg、Ca、Zr、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Zn、Cd、Al、 Ge中的至少一种。 所述金属元素包括Zn、Zr、Cu或Mg中的至少一种。本专利技术所述的方法中,所述有机配体为、中的一种,或者包含以下 配位官能团:-CO2H、-NO2、-OH、-NH2、-CN、-SO 3H、-SH、-CH (RSH) 2、-C (RSH) 3、-CH (RNH2) 2、-C (RNH2)3、-CH(ROH)2、-C(ROH)3、-CH(RCN)2、-C(RCN)3、-CH(NH2)2、-C(NH2)3、-CH(CN) 2S-C (CN)3中的至少一种,其中,配位官能团中的R各自独立地代表包含1至5个苯环的亚烃基。 优选的,所述有机配体为或包含-C〇2H、_NH2或-OH中的至少一种配位官能团 的有机配体。 本专利技术所述的方法中,所述聚合物包括聚四氟乙烯、聚苯乙烯、聚氯乙烯、聚乙烯 醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯、聚丙烯腈、聚丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚碳酸酯中的至少一种。 优选的,所述聚合物为聚丙烯腈、聚苯乙烯或聚乙烯吡咯烷酮。 作为本专利技术的一种优选的实施方案,本专利技术的方法中所述金属有机骨架材料的金 属源为氯化锆、有机配体为2-氨基对苯二甲酸,所述聚合物为聚丙烯腈。 作为本专利技术的一种优选的实施方案,本专利技术的方法中所述金属有机骨架材料的金 属源为醋酸铜、有机配体为均苯三甲酸,所述聚合物为聚苯乙烯。 作为本专利技术的一种优选的实施方案,本专利技术的方法中所述金属有机骨架材料的金 属源为硝酸锌、有机配体为2_甲基咪唑,所述聚合物为聚丙烯腈。 作为本专利技术的一种优选的实施方案,本专利技术的过滤膜中所述金属有机骨架材料的 金属源为硝酸镁、有机配体为2,5-二羟基对苯二甲酸,所述聚合物为聚乙烯吡咯烷酮。 本专利技术所述的方法中,相对于1克的所述金属有机骨架材料,所述聚合物的用量 为0.1-10 克。 本专利技术所述的方法,所述金属有机骨架材料与聚合物的接触在溶剂中进行,相对1 克的金属有机骨架材料,溶剂的用量为10-100毫升,通过纺丝或浸涂方法制备所述过滤 膜。 优选的,所述溶剂包括水、甲醇、乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基乙酰胺、二乙基甲酰 胺中的至少一种。 本专利技术还提供了本专利技术所述过滤膜在滤除PM2.5中的用途。 本专利技术还提供了本专利技术所过滤膜在滤除挥发性有机化合物中的用途。 本专利技术的过滤膜过滤性能非常优秀,可以快速高效滤除PM2.5和挥发性有机化合 物,30分钟滤除率可达到80 %以上。 本专利技术所述过滤膜原料简单易得,无危害性;制备工艺简便快速,10分钟左右即可 得到产品,能够实现产业化生产;可以同时滤除PM2.5和挥发性本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种过滤膜,由金属有机骨架材料与聚合物形成,所述金属有机骨架材料形成所述过滤膜中的金属有机骨架部分,所述聚合物形成所述过滤膜中的聚合纤维部分,其中所述金属有机骨架材料由金属源与有机配体作用形成。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:韩若丹
申请(专利权)人:中能科泰北京科技有限公司
类型:发明
国别省市:北京;11

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